SMT回焊炉Reflow温度曲线（Profile）与锡膏焊接原因的关系

文章来源：SMT工程师之家

一、引言

在电子制造领域，回焊炉是一个至关重要的设备，它用于将电子元器件焊接到电路板上。而炉温曲线（Profile）则是描述回焊炉内温度随时间变化的图表，它对焊接质量有着决定性的影响。本文将详细阐述回焊炉温曲线的变化过程，通过对其每个阶段的深入分析，帮助读者更好地理解和控制焊接过程。

二、回焊炉温曲线的概述

回焊炉温曲线通常包括四个主要阶段：预热阶段、保温阶段、回流阶段和冷却阶段。每个阶段都有其特定的温度和时间要求，以确保焊接质量。下面我们将逐一描述这四个阶段的变化过程。

三、预热阶段

预热阶段是回焊炉温曲线的起始阶段，也是焊接过程的基础。在这个阶段，电路板逐渐进入回焊炉，温度开始缓慢上升。

1. 初始加热

电路板进入回焊炉后，首先接触到炉内的初步加热区域。这里的温度通常较低，目的是让电路板及其上的元器件逐渐适应高温环境，避免突然的温度变化导致元器件受损。此时，炉温曲线呈现平缓的上升趋势，温度上升速率较慢。

2. 水分蒸发

随着温度的逐渐升高，电路板上的水分开始蒸发。这是一个重要的过程，因为水分在高温下会迅速膨胀并产生蒸汽压力，可能对元器件造成损害。因此，预热阶段需要足够长的时间来确保水分完全蒸发。在这个阶段，炉温曲线的斜率可能会略微增加，因为需要更多的热量来加速水分的蒸发。

3. 溶剂挥发

除了水分外，电路板上的助焊剂也含有一定的溶剂成分。在预热阶段后期，随着温度的进一步升高，这些溶剂也开始挥发。助焊剂的主要作用是帮助焊锡在焊接过程中更好地润湿和流动。因此，在溶剂挥发过程中，需要确保助焊剂中的活性成分不会被过度消耗，以保证焊接质量。此时，炉温曲线的斜率可能会有所增加，以提供足够的热量来加速溶剂的挥发。

四、保温阶段

保温阶段是回焊炉温曲线的关键阶段之一，它决定了焊接质量的好坏。在这个阶段，电路板在恒定的温度下保持一段时间，以确保焊锡完全熔化并与元器件形成牢固的连接。

1. 焊锡熔化

当温度达到焊锡的熔点时，焊锡开始熔化。这是一个重要的过程，因为它决定了焊接点的形成和连接强度。在保温阶段初期，炉温曲线的斜率可能会有所下降或保持稳定，以确保焊锡在恒定的温度下逐渐熔化。

2. 润湿和扩散

随着焊锡的熔化，它开始润湿并扩散到元器件的引脚和电路板的焊盘上。这个过程需要足够的时间来确保焊锡充分流动并填充所有间隙。在保温阶段中期和后期，炉温曲线的斜率可能会保持不变或略有上升，以确保焊锡在恒定的温度下继续润湿和扩散。

3. 氧化层去除

在焊接过程中，元器件引脚和电路板焊盘上的氧化层可能会对焊接质量产生负面影响。因此，在保温阶段后期，需要确保焊锡能够充分去除这些氧化层。这通常通过添加还原剂（如活性氢）来实现。在这个阶段，炉温曲线的斜率可能会保持稳定或略有下降，以确保还原剂能够充分发挥作用。

五、回流阶段

回流阶段是回焊炉温曲线的另一个关键阶段，它决定了焊接点的最终形态和质量。在这个阶段，温度达到峰值并开始逐渐下降，焊锡开始凝固并形成牢固的连接。

1. 温度峰值

在回流阶段初期，温度达到峰值。这是焊接过程中的最高温度点，也是焊锡完全熔化的关键时刻。此时，炉温曲线的斜率可能会急剧增加以达到峰值温度。然后随着热量逐渐从电路板转移到炉膛中的其他部分（如炉壁和炉膛底部），温度开始逐渐下降。

2. 焊锡凝固

随着温度的下降，焊锡开始逐渐凝固。这是一个重要的过程，因为它决定了焊接点的最终形态和连接强度。在回流阶段中期和后期，炉温曲线的斜率可能会逐渐减小或保持稳定以确保焊锡在恒定的温度下逐渐凝固。在这个阶段中需要注意避免过快的降温速率以防止产生焊接缺陷（如冷焊、裂纹等）。

六、冷却阶段

冷却阶段是回焊炉温曲线的最后阶段也是焊接过程的结束阶段。在这个阶段中电路板逐渐从高温环境中移出并自然冷却至室温。

1. 自然冷却

在冷却阶段初期电路板仍然处于较高的温度状态因此需要逐渐降低温度以避免元器件受损或电路板变形等问题发生。此时炉温曲线的斜率可能会逐渐减小以提供足够的冷却时间让电路板逐渐降温至室温。

2. 残余热量散失

随着电路板逐渐降温至室温其内部的残余热量也开始逐渐散失。这是一个缓慢的过程需要足够的时间来确保电路板完全冷却至室温以避免后续处理过程中出现问题（如热应力导致电路板变形等）。在这个阶段中炉温曲线的斜率可能会保持稳定或略有下降以提供足够的冷却时间让电路板完全降温至室温。

七、锡膏焊接原理与回焊炉温曲线的关联

锡膏焊接原理是利用锡膏涂布在电路板上，在高温下将焊料熔化，使焊料与连接的器件表面形成合金化合物，在冷却过程中形成牢固的连接。而回焊炉温曲线的变化过程则直接影响着锡膏焊接的效果。
1. 首先，在预热阶段和保温阶段，炉温曲线的斜率控制着锡膏中溶剂的挥发速度和焊料的熔化程度。适当的预热和保温可以确保焊料充分熔化并与焊盘和元器件引脚形成良好的连接。如果预热或保温不足，焊料可能无法充分熔化或流动不均匀，导致焊接质量下降。
2. 其次，在回流阶段，炉温曲线的斜率决定了焊料熔化和流动的速度。如果炉温曲线的斜率过大，温度上升过快，可能导致焊料熔化过快并产生飞溅现象；而如果斜率过小，温度上升过慢，则可能导致焊料无法充分熔化或流动不均匀。因此，需要精确控制回流阶段的温度和时间以确保焊接质量。
3. 最后，在冷却阶段，炉温曲线的斜率影响着焊点的凝固速度和焊接质量。适当的冷却速度可以确保焊点快速凝固并形成良好的连接；而冷却速度过快则可能导致焊点产生裂纹或变形等缺陷。因此，需要合理控制冷却阶段的温度和时间以提高焊接质量。

八、结论与展望

回焊炉温曲线的控制对于锡膏焊接质量具有至关重要的影响。通过精确控制回焊炉温曲线的变化过程可以确保焊料充分熔化并与焊盘和元器件引脚形成良好的连接从而提高焊接质量。未来随着电子制造业的不断发展锡膏焊接技术和回焊炉温曲线的控制方法也将不断更新和完善以满足更高要求的焊接质量需求。同时我们也需要关注新技术和新材料在锡膏焊接领域的应用以推动电子制造业的持续进步和发展。